Compartimentos e dinâmica da matéria orgânica do solo sob diferentes manejos e sua simulação pelo modelo CenturySoil organic matter pools and dynamics under different management and simulation using Century model

Texto

(1)LUIZ FERNANDO CARVALHO LEITE. COMPARTIMENTOS E DINÂMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO SOB DIFERENTES MANEJOS E SUA SIMULAÇÃO PELO MODELO CENTURY. Tese apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas, para obtenção do título de “Doctor Scientiae”.. VIÇOSA MINAS GERAIS – BRASIL 2002.

(2) LUIZ FERNANDO CARVALHO LEITE. COMPARTIMENTOS E DINÂMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO SOB DIFERENTES MANEJOS E SUA SIMULAÇÃO PELO MODELO CENTURY. Tese apresentada à Universidade Federal de Viçosa, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação em Solos e Nutrição de Plantas, para obtenção do título de “Doctor Scientiae”.. APROVADA: 29 de maio de 2002.. Prof. Elpídio Inácio Fernandes Filho (Conselheiro). Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado (Conselheiro). Prof. Julio César Lima Neves. Ricardo Trippia dos Guimarães Peixoto. Prof. Eduardo de Sá Mendonça (Orientador).

(3) À minha esposa Nícia Aos meus filhos Luis Felipe e Ana Lívia. DEDICO. ii.

(4) AGRADECIMENTOS. A Deus, pela saúde, paz espiritual e conforto. Aos meus pais, Geraldo Magela e Maria Socorro, pelos exemplos de amor, dedicação à família e honestidade, e pela presença constante na minha vida, principalmente nos momentos mais difíceis. Aos meus queridos irmãos, Carlos e Ana Laura, pelas mensagens de fé e confiança e pelo apoio incondicional à escolha do caminho da pós-graduação. À Universidade Federal de Viçosa (UFV) e ao Departamento de Solos pela oportunidade de realização do curso. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), pela concessão da bolsa de pós-graduação. À Universidade do Estado do Colorado (EUA), em especial a programadora de computadores Cindy Keough e ao Professor William Parton, pela colaboração irrestrita aos trabalhos de simulação com o modelo Century. Ao Professor Eduardo de Sá Mendonça, pela amizade, orientação, motivação e confiança em mim depositada. Ao Pesquisador Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado, pelo incentivo e pelas sugestões sempre oportunas e valiosas. Ao Professor Elpídio Inácio Fernandes Filho pelas sugestões e pela inestimável contribuição no aperfeiçoamento do modelo Century. Ao Professor Júlio César Lima Neves, um dos grandes incentivadores dos estudos de modelagem, pelas sugestões, amizade e especial consideração. Ao Pesquisador Ricardo Trippia dos Guimarães Peixoto, pelas sugestões para a melhoria da qualidade deste trabalho. Aos Professores Caetano Marciano de Souza e João Carlos Cardoso Galvão pela cessão das áreas experimentais.. iii.

(5) Ao Estudante de Agronomia e bolsista de Iniciação Científica, Eduardo da Silva Matos, e ao Laboratorista José Braz Júlio, pelo auxílio nas análises de laboratório. Aos colegas de pós-graduação, Elaine, Ermelinda, Gualter e Valdinar, pela amizade e pelos momentos de descontração durante todo o curso. Aos professores e funcionários do Departamento de Solos pela atenção e disponibilidade. A todos não citados, que de alguma forma colaboraram neste trabalho, meu agradecimento.. iv.

(6) CONTEÚDO. RESUMO .......................................................................................................................viii ABSTRACT......................................................................................................................x INTRODUÇÃO GERAL .................................................................................................. 1 CAPÍTULO 1 .................................................................................................................... 4 ESTOQUES. TOTAIS. DE. CARBONO. E. NITROGÊNIO. E. DE. COMPARTIMENTOS DE CARBONO ORGÂNICO DE UM ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO. SOB. PLANTIO. DIRETO,. PREPARO. CONVENCIONAL E FLORESTA ATLÂNTICA. ............................................. 4 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 4 2. MATERIAL E MÉTODOS .......................................................................................... 8 2.1. Localização e Descrição da área .................................................................... 8 2.2. Procedimento experimental e tratamentos ..................................................... 9 2.3. Análises químicas e físicas do solo.............................................................. 10 2.3.1. Análises químicas.................................................................................. 10 2.3.2. Análises físicas...................................................................................... 12 2.4. Estimativa de emissão ou seqüestro de C-CO2 ............................................ 12 2.5. Análise Fitotécnica....................................................................................... 13 2.6. Análises Estatísticas..................................................................................... 13 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 14 3.1. Caracterização química e física do solo sob diferentes sistemas de manejo. ............................................................................................................................. 14 3.2. Aporte de carbono e nitrogênio ao solo pelas culturas ................................ 17 3.3. Análise temporal dos estoques de carbono orgânico total do solo .............. 18 3.4. Teores e estoques totais de carbono e nitrogênio após 15 anos................... 21 3.5. Estimativa de emissão de C-CO2 atmosférico pelos sistemas de manejo.... 23 3.6. Compartimentos de carbono orgânico total no solo em diferentes sistemas de manejo. .................................................................................................. 25 4. CONCLUSÕES .......................................................................................................... 34 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 35. v.

(7) CAPÍTULO 2 .................................................................................................................. 48 ESTOQUES. TOTAIS. DE. CARBONO. E. NITROGÊNIO. E. DE. COMPARTIMENTOS DE CARBONO ORGÂNICO EM SISTEMAS DE ADUBAÇÃO ORGÂNICA E MINERAL E FLORESTA ATLÂNTICA......... 48 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 48 2. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................ 51 2.1. Localização e descrição da área................................................................... 51 2.2. Procedimento experimental e tratamentos ................................................... 51 2.3. Análises químicas e físicas do solo.............................................................. 53 2.3.1. Análises químicas.................................................................................. 53 2.3.2. Análises físicas...................................................................................... 55 2.4. Estimativa de emissão ou seqüestro de C-CO2 ............................................ 55 2.5. Análise Fitotécnica....................................................................................... 56 2.6. Análises Estatísticas..................................................................................... 56 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................ 59 3.1. Aporte de carbono e nitrogênio ao solo pela cultura do milho .................... 59 3.2. Teores e estoques totais de carbono e nitrogênio após 16 anos................... 60 3.3. Estimativa de emissão de C-CO2 atmosférico pelos sistemas de manejo.... 64 3.4. Compartimentos de carbono orgânico total no solo em diferentes sistemas de manejo ................................................................................................... 65 4. CONCLUSÕES .......................................................................................................... 79 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................................ 79 CAPÍTULO 3 .................................................................................................................. 87 SIMULAÇÃO PELO MODELO CENTURY DA DINÂMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DE UM ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO SOB PLANTIO DIRETO E PREPARO CONVENCIONAL E ADUBAÇÃO MINERAL E ORGÂNICA........................................................................................................ 87 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................... 87 2. MATERIAL E MÉTODOS ........................................................................................ 90 2.1. Descrição das áreas ......................................................................................90 2.2. Eventos de manejo .......................................................................................90 2.3. Amostragem de solos...................................................................................92 2.4. Métodos de Laboratório...............................................................................92 2.5. Descrição do modelo Century 4.0................................................................94. vi.

(8) 2.6. Parametrização do modelo........................................................................... 97 2.7. Simulações ................................................................................................... 98 2.8. Análise de sensibilidade............................................................................... 99 2.9. Estimativa de emissão ou seqüestro de C-CO2 atmosférico ...................... 100 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO .............................................................................. 101 3.1. Experimento com sistemas de preparo de solo .......................................... 101 3.1.1. Estimativa dos compartimentos de carbono pelos valores de equilíbrio ............................................................................................................. 101 3.1.2. Estimativa dos compartimentos de carbono por meio dos valores medidos ............................................................................................... 103 3.1.3. Estimativa dos compartimentos de nitrogênio .................................... 106 3.1.4. Comparação de valores medidos e simulados pelo modelo Century.. 108 3.1.5. Estimativa de emissão de C-CO2 pelos sistemas de preparo .............. 111 3.1.6. Criação de cenários ............................................................................. 112 3.1.7. Análise de sensibilidade...................................................................... 112 3.2. Experimento com sistemas de adubação mineral e orgânica..................... 115 3.2.1. Estimativa dos compartimentos de carbono pelos valores de equilíbrio ............................................................................................................. 115 3.2.2. Estimativa dos compartimentos de carbono por meio dos valores medidos ............................................................................................... 118 3.2.3. Estimativa dos compartimentos de N e relação C:N........................... 121 3.2.4. Comparação de valores medidos e simulados pelo modelo Century. . 123 3.2.5. Criação de cenários ............................................................................. 126 3.2.6. Análise de Sensibilidade ..................................................................... 128 4. CONCLUSÕES ........................................................................................................ 129 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................... 130 CONSIDERAÇÕES FINAIS........................................................................................ 137 APÊNDICE ................................................................................................................... 139. vii.

(9) RESUMO. LEITE, Luiz Fernando Carvalho, D.S., Universidade Federal de Viçosa, maio de 2002. Compartimentos e dinâmica da matéria orgânica do solo sob diferentes manejos e sua simulação pelo modelo Century. Orientador: Eduardo de Sá Mendonça. Conselheiros: Elpídio Inácio Fernandes Filho e Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado. A matéria orgânica (MO) do solo é importante na disponibilidade de nutrientes, agregação do solo e no fluxo de gases de efeito estufa entre a superfície terrestre e a atmosfera. Modelos matemáticos otimizam o entendimento da dinâmica da MO do solo e são ferramentas essenciais na predição dos efeitos das mudanças ambientais, para testar cenários específicos e desenvolver estratégias que mitiguem os efeitos negativos destas mudanças. Os objetivos deste estudo foram: a) avaliar o impacto de diferentes sistemas de preparo do solo (plantio direto, arado de disco, grade pesada + arado de disco e grade pesada) e sistemas de adubação orgânica e mineral (sem adubação, 250 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K), 500 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K), 40 m3/ha de composto orgânico (palhada de soja e feijão + esterco bovino), 250 Kg/ha da fórmula 414-8 (N-P-K) + 40m3/ha de composto orgânico e 500 Kg/ha da fórmula 4-14-8 (N-P-K) + 40m3/ha de composto orgânico, sobre os estoques totais de carbono orgânico (COT) e nitrogênio (NT) e compartimentos de carbono (C) orgânico; b) simular por meio do modelo Century, versão 4.0, a influência de sistemas de preparo de solo em plantio direto e convencional e de adubação orgânica e mineral, sobre a dinâmica do C no solo e; c) Validar o modelo Century em solos tropicais, comparando estoques de C medidos com os simulados pelo modelo. Uma área sob Floresta Atlântica (FA) adjacente aos experimentos, foi amostrada e usada como referência. No experimento com sistemas de preparo de solo, os maiores estoques de COT e NT, assim como de C da biomassa microbiana (CMIC), C da fração leve (CFL) e C orgânico lábil (CL) foram observados no solo sob FA em comparação ao solo sob sistemas de preparo. O plantio direto viii.

(10) apresentou maiores estoques de COT e NT e do compartimento CL do que os sistemas convencionais, na camada superficial (0-10 cm). No entanto, não houve após 15 anos, potencial para seqüestro de C-CO2 da atmosfera por meio dos sistemas de preparo. No experimento com adubação orgânica e mineral, os estoques de COT e NT também foram menores do que os estoques no solo sob FA, embora a redução tenha sido menor do que no experimento com sistemas de preparo. Os sistemas com a presença do composto orgânico apresentaram maiores estoques de COT, NT, CFL e CL do que os sistemas sem adubação ou apenas com adubação mineral, o que confirma a adubação orgânica como estratégia de manejo importante para a melhoria da qualidade do solo. Devido a maior sensibilidade, os estoques dos compartimentos CMIC, CFL e CL foram reduzidos com maior intensidade do que os estoques de COT, e por isso podem ser usados como indicadores da interferência antrópica ou das mudanças no manejo sobre o estado da matéria orgânica do solo. O modelo Century estimou perdas nos estoques de COT e dos compartimentos de C desde a derrubada da Floresta Atlântica até o início dos experimentos. Estes estoques apresentaram tendência de recuperação apenas no solo sob plantio direto, no experimento com sistemas de preparo, e no solo sob composto orgânico, no experimento com sistemas de adubação orgânica e mineral, o que endossa a importância de sistemas conservacionistas na qualidade do solo em médio e longo prazo. Similarmente ao observado nos estoques de C medidos, os estoques de C simulados pelo modelo Century nos compartimentos ativo e lento foram mais sensíveis às alterações no manejo do que o COT. Os estoques de COT e de C nos compartimentos lento e passivo simulados pelo modelo Century foram similares aos estoques medidos tanto no experimento com sistemas de preparo do solo, quanto no experimento com adubação, o que demonstra potencialidade do modelo em simular a dinâmica da matéria orgânica em solos tropicais. Por outro lado, em ambos os experimentos, os estoques de C no compartimento ativo, simulado pelo modelo Century, foram subestimados em relação aos estoques medidos, devido à falta de relação entre o compartimento teórico pressuposto pelo modelo e a fração determinada quimicamente em solos tropicais. Além disto, há a necessidade da inclusão de outras variáveis, como a mineralogia do solo, no submodelo de C.. ix.

(11) ABSTRACT LEITE, Luiz Fernando Carvalho, D.S., Universidade Federal de Viçosa, may, 2002. Soil organic matter pools and dynamics under different management and simulation using Century model. Adviser: Eduardo de Sá Mendonça. Committee Members: Elpídio Inácio Fernandes Filho and Pedro Luiz Oliveira de Almeida Machado. Soil organic matter (SOM) and its different pools have key importance in nutrient availability, soil stability and in the flux of trace gases between land surface and the atmosphere. This is particularly critical for tropical soils. The ability to predict the effects of land-use change on SOM dynamics is essential in formulating environmental and agricultural policies. Hence, mathematical models as they encapsulate our best understanding of SOM dynamics are important tools for predicting the effects of environmental changes and for developing strategies to mitigate negative impacts of these changes. The objectives of this study were: 1. To evaluate the impact of different tillage systems and organic and mineral fertilization of soils on soil organic carbon (TOC) and nitrogen (TON) stocks and soil organic carbon pools; 2. To simulate using Century model trends in soil organic carbon in long-term experiment of tillage systems and soil fertilization and; 3. To validate the Century model in an acid clayey tropical soil fitting by eye between modeled and measured data over the whole experimental period. Tillage systems consisted of no-tillage, disc plough, heavy disc harrow followed by disc plough, and heavy disc harrow. Organic and mineral fertilizers were combined and the following amounts were applied along 16 years: control, 160 kg N ha-1, 560 kg P2O5 ha-1 and 320 kg K2O ha-1 as mineral fertilizer; 40 m3 organic compost ha-1 as animal manure + plant residues of soybean and common bean; 160 kg N ha-1, 560 kg P2O5 ha-1 and 320 kg K2O ha-1 as mineral fertilizer + 40 m3 organic compost ha-1 and; 320 kg N ha-1, 1120 kg P2O5 ha-1 and 640 kg K2O ha-1 + 40 m3 organic compost ha-1. As a reference, additional soil samples were collected from an adjacent area on the same soil type, under secondary Atlantic Forest (AF). In the long-term tillage experiment. x.

(12) higher values of soil C and N stocks, soil biomass C (CMIC), organic carbon of the light fraction (CLF), and labile carbon (CL) were found in the AF soils than in the soils from the cultivated soils. In the 0-10 cm depth, soils under no-tillage showed higher contents of C and N stocks and CL than ploughed soils. However, after 15 years of cultivation, no tillage system showed trend to sequester CO2-C from the atmosphere. In the experiment combining both organic and mineral fertilizer application, soil organic C and N stocks were also lower than the soils under AF. The differences however were lower than those observed in the soils from the tillage experiment. Soils that received organic compost showed higher C and N stocks, CLF and CL than the soils that received no fertilizer or only mineral fertilizer. This means that the addition of organic fertilizers is an important strategy to improve soil quality. Due to higher sensitivity, pools of CMIC, CLF and CL decreased more than organic C stocks. Thus CMIC, CLF and CL may be used as indicators of anthropogenic impact or changes in the management of the SOM. Soil C stocks simulated by Century model showed trend to recovery only under no-tillage, in the tillage experiment, and under organic compost, in the fertilizer experiment. Also, similarly to the soil C stocks simulated amounts of C stocks of slow and active pools were more sensitive to management impacts than total organic C. The values estimated by Century of soil C stocks and organic carbon in the slow and passive pools fitted satisfactorily with the measured data in both tillage and fertilizer experiment. Thus fitted, appart from the active pool, Century showed acceptable performance in the prediction of SOM dynamics in acid tropical soils. Finally, if the soil mineralogy factor were considered by the Century model, the estimation provided by the C submodel could be improved.. xi.

(13) INTRODUÇÃO GERAL. A concentração de CO2 atmosférico que contribui com cerca de 65 % do potencial de aquecimento global está aumentando progressivamente, saltando de 280 mg kg-1 no início da revolução industrial, para cerca de 356 mg kg-1 nos dias de hoje. Mudanças no uso da terra de 1850 até 1998 resultaram em emissões cumulativas de 405 Gt de carbono (C), que respondem por metade do aumento de CO2 em todo mundo (Schimel, 1995; Lal et al., 1998; Lal & Bruce, 1999). As principais fontes antrópicas de emissão de CO2 são a queima de combustíveis fósseis, o desmatamento com queimadas de florestas e as atividades associadas ao processo de industrialização (Mosier, 1998). A agricultura também apresenta significativa influência sobre a composição do ar atmosférico, sendo responsável por cerca de 20 % do aumento anual na emissão de CO2 e outros gases de efeito estufa (Paustian et al., 1997a). Esta atividade, quando há freqüente revolvimento do solo, provoca o incremento da oxidação biológica do C orgânico a CO2, por meio da melhoria na aeração, do aumento no contato entre solo e resíduos vegetais e pela exposição da matéria orgânica protegida nos agregados ao ataque microbiano (Beare et al., 1994), ocasionando aumento da concentração desse gás na atmosfera (Reicosky & Forcella, 1998; Ingram & Fernandes, 2001). A utilização de sistemas de preparo conservacionistas, conceitualmente aqueles que tem pelo menos 30 % ou mais de resíduos cobrindo o solo (Conservation Tecnology Information Center, 1996), tem tornado-se efetiva estratégia para o seqüestro de CO2. Tais sistemas têm como premissa a sustentabilidade do processo produtivo, mantendo ou recuperando os teores de matéria orgânica, revertendo o quadro de degradação das condições físicas, químicas e biológicas do solo e de erosão intensa, resultantes da utilização de sistemas convencionais de preparo com arados e grades. Em sistemas conservacionistas mais extremos, como plantio direto, o solo não é perturbado nas operações de plantio e colheita, exceto para semeadura e aplicação de fertilizantes, ocasionando assim, novo equilíbrio na distribuição de C orgânico e nutrientes. A adoção destes tipos de sistemas implica também em economia de custos em mão de obra, combustível e equipamentos, ao mesmo tempo em que trazem benefícios ao solo, água e à vida silvestre. Aplicações racionais e combinadas de fertilizantes minerais e aportes orgânicos, também têm sido bastante recomendadas como formas de manutenção de alta produtividade, principalmente quando materiais. 1.

(14) com alta relação C:N são aplicados, propiciando alto risco de imobilização de nitrogênio em curto prazo (Fernandes et al., 1997). Para a avaliação da eficiência dos sistemas, convencionais ou conservacionistas, é necessário definir atributos de solo e do ambiente sensíveis ao manejo e de fácil determinação (Mielniczuk, 1999). O C orgânico total insere-se entre estas variáveis, embora suas alterações sejam lentas, o que associado a períodos experimentais relativamente curtos (inferiores a 5 anos), dificulta a melhor constatação do efeito dos sistemas de manejo sobre a dinâmica ou transformação da matéria orgânica do solo. Portanto, como forma de otimizar os conhecimentos, a matéria orgânica pode ser dividida em compartimentos, dinâmicos, mutuamente dependentes e controlados por fatores climáticos, edáficos e antrópicos (Scholes et al., 1997; Silva & Resck, 1997), os quais podem ser estimados a partir de procedimentos que incluam as determinações do C da biomassa microbiana e da fração leve ou C da matéria orgânica particulada, como medidas dos compartimentos ativo (Paul, 1984) e lento (Cambardella & Elliot, 1992), respectivamente. Ambos são mais sensíveis, permitindo uma avaliação antecipada da degradação do solo antes que o processo se torne aparente. Concomitantemente à aplicação de métodos analíticos, as estimativas dos compartimentos de matéria orgânica por meio de simulações de longa duração (2000 a 3000 anos) mediante modelos foram estimuladas nos últimos 20 anos. Além de serem ferramentas essenciais ao entendimento dos processos e componentes que controlam a dinâmica da matéria orgânica e de seus compartimentos em solos cultivados, os modelos possibilitam realizar predições acerca de efeitos de mudanças ambientais, testar cenários específicos e desenvolver estratégias para mitigar os efeitos negativos dessas mudanças (Smith et al., 1998). Os primeiros modelos criados foram bastante simplistas na sua natureza, descrevendo a decomposição da matéria orgânica do solo por meio de uma equação diferencial de primeira ordem. Em modelos posteriores, foram introduzidas equações diferenciais representando transformações de vários componentes da matéria orgânica do solo, ao longo de um contínuo de decomposição, desde os facilmente decompostos até os biologicamente resistentes (Post, 1992). Em modelos mais recentes, a matéria orgânica tem sido dividida em compartimentos bem definidos com taxas de decomposição diferenciadas. São exemplos de tais modelos, o Century (Parton et al., 1993) e o RothC (Coleman & Jenkinson, 1996). Como variáveis de entrada, os modelos requerem dados climáticos,. 2.

(15) de solo e de planta, mais facilmente disponíveis do que algumas variáveis de entrada de modelos anteriores. O modelo Century tem sido validado e testado para situações de solo e clima contrastantes e práticas de manejo diferenciadas, sendo a grande maioria no entanto para regiões temperadas, como no Canadá (Liang et al., 1995; Smith et al., 1997; Smith et al., 2001), nos Estados Unidos (Parton et al., 1987), no norte da Europa (Paustian et al., 1992) e poucas para regiões tropicais (Parton et al., 1989). Os objetivos deste estudo foram: 1) Determinar o impacto de sistemas de preparo em plantio direto e convencional, e sistemas de adubações orgânica e mineral, sobre os estoques dos compartimentos de C em solos tropicais; 2) Discutir o potencial e as limitações do modelo Century para simular mudanças nos compartimentos de C em diferentes sistemas de manejo, em condições tropicais e; 3) Estimar as emissões e seqüestro de CO2 atmosférico nos sistemas estudados.. 3.

(16) CAPÍTULO 1. ESTOQUES TOTAIS DE CARBONO E NITROGÊNIO E DE COMPARTIMENTOS DE CARBONO ORGÂNICO DE UM ARGISSOLO VERMELHO-AMARELO SOB PLANTIO DIRETO, PREPARO CONVENCIONAL E FLORESTA ATLÂNTICA.. 1. INTRODUÇÃO. O solo é um componente essencial no estoque global de carbono (C), contendo 3,5% das reservas de carbono da terra, comparado a 1,7 % na atmosfera, 8,9 % nos combustíveis fósseis, 1,0 % na biota e 84,9 % nos oceanos (Lal et al., 1995). Por isso, em decorrência do aumento de emissão de gases de efeito estufa (CO2, N2O, CH4 e CFC), tem sido grande o interesse em avaliar o comportamento dos solos quanto à sua capacidade de funcionar como fonte ou dreno de C em diversas condições de manejo, com intensidade de preparo e sistemas de sucessão e rotação de culturas distintas. A substituição de ecossistemas naturais por agroecossistemas com culturas, propicia o declínio no conteúdo de C do solo, em função da redução no aporte e do aumento da decomposição da matéria orgânica. A diminuição do aporte não é apenas em função da produtividade total do agroecossistema ser menor do que a vegetação natural, mas principalmente em virtude de uma menor fração da produção primária, ocorrer abaixo da superfície, e uma maior parte da produção acima da superfície ser removida pela colheita, queima de combustíveis fósseis ou mesmo, alimentação animal. Os resíduos vegetais são normalmente mais facilmente decomponíveis do que a liteira presente na vegetação natural. A ciclagem de nutrientes torna-se menos fechada, resultando em perdas por lixiviação, erosão e colheita. Além disso, a fauna do solo torna-se menos diversa e com menor biomassa (Lavelle et al., 1994). Em agroecossistemas convencionais, com revolvimento intensivo do solo, o decréscimo da matéria orgânica do solo e conseqüente aumento na emissão de CO2 são maximizados. A partir disso, o processo de degradação química, física e biológica do solo desenvolve-se, afetando negativamente a produtividade das culturas. Em regiões tropicais, onde altas temperaturas e umidades incrementam a degradação do solo, o desenvolvimento de sistemas de manejo conservacionistas pode reverter esses processos, propiciando equilíbrio com recuperação e até mesmo com acumulação, sendo. 4.

(17) ecologicamente vantajoso, do ponto de vista da diminuição do CO2 da atmosfera, reduzindo-se o efeito estufa e os impactos das atividades agrícolas no ambiente (Desjardins, et al., 1994; Corazza et al., 1999). O plantio direto caracteriza-se pela semeadura realizada diretamente sobre os restos culturais do cultivo anterior, sem nenhum preparo do solo (aração e gradagem). A permanência dos resíduos vegetais na superfície protege o solo contra a erosão. A cobertura morta formada pelo acúmulo de resíduos vegetais na camada superficial diminui as oscilações de temperatura e umidade na superfície e contribui para a manutenção de temperaturas mais amenas e maior retenção de água no solo em períodos quentes e de estiagem prolongada (Colozzi-Filho et al., 1999). Essas características do plantio direto determinam profundas alterações nas propriedades químicas, físicas e biológicas do solo que por sua vez refletem-se na fertilidade e na eficiência do uso de nutrientes pelas culturas (Muzilli, 1983; Sidiras & Pavan, 1985; Sá, 1993; Sá, 1999). Nos últimos anos, tem sido ressaltada a contribuição do plantio direto no aumento de estoque de C e na diminuição da emissão de CO2 para atmosfera. Cambardella & Elliot (1992) constataram a uma profundidade de 20 cm em sistemas de rotação trigo-pousio, após 20 anos sob plantio direto, aumento de 6,7 Mg ha-1 de C orgânico quando comparado com sistema convencional com arado de disco. Em região temperada, Lal et al. (1999), observaram que a eliminação do sistema de preparo convencional e a subseqüente adoção de sistema em plantio direto possibilitaram num período de 25 a 50 anos, recuperar de 50 a 75 % do C orgânico perdido. Em Passo Fundo (RS), após 11 anos de cultivo soja-trigo sob sistemas de plantio direto e convencional, um Latossolo Vermelho-Amarelo mostrou decréscimo de 23 e 48 % no teor de C, nos primeiros 5 cm, respectivamente, comparado a um solo adjacente sob floresta secundária semidecídua. Entretanto, na profundidade 0-40 cm, o teor de matéria orgânica sob ambos os sistemas de preparo foi similar, comparado com o solo sob floresta. Em Londrina (PR), num Latossolo Roxo, o teor de C orgânico na profundidade de 0-5 cm diminuiu 32 % sob plantio direto e 54 % no preparo convencional, em relação a uma floresta secundária semidecídua, após 21 anos de cultivo. Por outro lado, na profundidade 0-40 cm o decréscimo foi de 11 % sob plantio direto e somente 5 % no preparo convencional (Machado & Silva, 2001). Fortin et al. (1996) observaram redução na emissão de 2,5 Mg CO2 ha-1 ano-1 no plantio direto, comparativamente ao preparo convencional. Kern & Johnson (1993) ao avaliarem os teores de carbono no solo e emissão de CO2 por queima de combustíveis. 5.

(18) fósseis em 3 cenários de adoção de plantio direto nos Estados Unidos, durante 30 anos, observaram que no cenário 1, ou seja, naquele com 27 % de taxa de adoção de plantio direto no ano de 1993, seriam liberadas para atmosfera quase 200 milhões de toneladas de C. Nos cenários 2 e 3, em que as taxas de adoção do plantio direto seriam respectivamente 57 e 76 %, ou seja, uma predominância desse sistema de preparo sobre o convencional, as perdas de C para a atmosfera seriam diminuídas, a ponto de no cenário de maior adoção do plantio direto as quantidades de C perdidas serem aproximadamente a metade da prevista para o cenário 1. Além disso, no cenário em que, no final dos 30 anos, 76 % da área plantada nos EUA estariam sob o sistema de plantio direto, as quantidades de CO2 seqüestradas no solo seriam incrementadas em cerca de 400 milhões de toneladas. Apesar da matéria orgânica do solo aumentar sob sistemas de plantio direto e com elevado aporte de resíduos, deve-se considerar que este aumento também depende de outros fatores, tais como, clima, principalmente temperatura e precipitação (Alvarez & Lavado, 1998), textura e mineralogia do solo (Parfitt et al., 1997). O aumento no conteúdo de C pode ser limitado em solos de textura fina e mal drenados e em locais onde baixas temperaturas dificultem a decomposição da matéria orgânica (Angers et al., 1997; Paustian et al., 1997b). Os sistemas de manejo necessitam então ser investigados regionalmente sob diferentes condições de clima e solo, otimizando o conhecimento sobre o potencial do manejo conservacionista e os efeitos na mudança global. Além disso, para melhor entendimento, a matéria orgânica pode ser dividida em vários compartimentos, com diferenciados tempos de residência. Eswaran et al. (1995) propôs quatro compartimentos baseados na dinâmica do carbono: (1) um compartimento ativo ou lábil, de compostos prontamente oxidados, com sua formação controlada pelo aporte de resíduos vegetais (e por isso manejo) e pelo clima; (2) um compartimento lentamente oxidado protegido dentro dos macroagregados do solo, cujo tamanho e a dinâmica são afetados pelas propriedades físicas do solo, mineralogia e práticas de manejo;. (3). um. compartimento. muito. lentamente. oxidado,. associado. aos. microagregados, em que o principal fator controlador é a estabilidade dos agregados em água, e as práticas de manejo representam pequeno efeito; (4) um compartimento passivo ou recalcitrante, sob influência direta da mineralogia da argila, não sendo provavelmente afetado pelas práticas de manejo. O compartimento ativo pode ser representado pela biomassa microbiana, que corresponde ao material orgânico contido nas bactérias, actinomicetos, fungos e algas e constitui de 2 a 5 % da matéria orgânica. 6.

(19) total do solo, com tempo de residência variando de 0,1 a 0,4 ano. Os compartimentos lento e passivo, podem ser referenciados pelo C da fração leve ou matéria orgânica particulada, intermediária entre a liteira de plantas e o húmus estável, com tempo de residência de 1 até 50 anos, e as substâncias húmicas, respectivamente (Mazzarino et al., 1993; Motavalli et al., 1994; Woomer et al., 1994; Fernandes et al., 1997). Os tamanhos relativos desses compartimentos são controlados pelo aporte de resíduos, fatores climáticos, tipo e quantidade de mineral do solo e outras propriedades químicas e físicas do solo que afetam a atividade dos organismos decompositores (Zech et al., 1997). Os objetivos deste estudo foram: (a) quantificar o impacto de sistemas de preparo em plantio direto e convencional sobre os estoques totais de C e N e dos compartimentos de C orgânico de um Argissolo Vermelho-Amarelo; (b) estimar a contribuição dos sistemas de preparo na emissão ou seqüestro de CO2 atmosférico.. 7.

(20) 2. MATERIAL E MÉTODOS. 2.1. Localização e Descrição da área. O estudo foi realizado no ano agrícola de 2000, em experimento conduzido a partir de 1985, localizado na Estação Experimental da Universidade Federal de Viçosa, no município de Coimbra-MG. A região do Planalto de Viçosa, onde está localizada a Estação Experimental, está situada a 20o 45’ S e 42o 51’ W, com altitude de 700 m. Apresenta ainda temperatura média anual de 19 oC e precipitação média anual de 1400 mm concentrada nos meses de outubro a março, com média anual de umidade relativa do ar de 85 % (Galvão, 1995). Este experimento faz parte de uma linha de pesquisa dos Departamentos de Fitotecnia e Solos, visando identificar sistemas de produção adaptados à conservação do solo. Anteriormente à instalação do experimento, a área encontrava-se sob condições de vegetação natural, até a década de 30, sendo posteriormente cultivada por cerca de 50 anos com culturas de subsistência, como o milho e o feijão. Em 1985 foi realizada a adequação da área visando a implantação dos sistemas de manejo a serem estudados. A adequação constou da correção da acidez do solo com aplicação de 4 t ha-1 de calcário dolomítico e da fertilidade com aplicações anuais diferenciadas ao longo de quinze anos. Entre 1985 e 1987 foram aplicados 350 kg ha-1 da fórmula 4-14-8 (14, 49 e 28 kg ha-1 de N, P2O5 e K2O, respectivamente), na forma de sulfato de amônio, superfosfato simples e cloreto de potássio. Entre 1987 e 1990 e entre 1991 e 2000, foram aplicados 375 e 400 kg ha-1 da mesma fórmula, utilizando as mesmas fontes de N, P e K. Durante o período experimental (1985-2000), a área foi submetida a um preparo de solo por ano e cultivada sempre com a cultura do milho, exceto nos períodos de 1986 a 1987 e de 1989-1990, com a cultura do feijão e 1995 a 1998, com as culturas de soja e trigo. Para todas as culturas realizaram-se cultivos anuais, procedendo o plantio e a colheita entre os meses de outubro a março, enquanto que nos demais meses do ano, as áreas permaneciam sob pousio. Em todos esses anos, os tratamentos, a distribuição das parcelas e o delineamento experimental permaneceram os mesmos desde a implantação. O solo da área experimental é classificado como Argissolo Vermelho-Amarelo, textura argilosa. As características químicas e físicas do solo antes do experimento estão descritas no Quadro 1.. 8.

(21) Quadro 1. Características químicas e físicas do solo antes da instalação do experimento (Sampaio, 1987) Camadas 0-10 cm. 10-20 cm Característica química. pH em água (1:2,5) Al+3 (cmolcdm3)2 Ca+2 (cmolcdm3)2 Mg+2 (cmolcdm3)2 K (mg/dm3)1 P (mg/dm3)1 C orgânico (dag kg-1)3. 5,60 0,11 1,50 0,50 73,00 26,00 1,73. 5,30 0,13 1,30 0,30 25,00 14,00 1,40. Característica física Densidade (Mg m-3) 1,44 Areia (dag kg-1) 52,00 Silte (dag kg-1) 8,00 Argila (dag kg-1) 40,00 1 Mehlich-1; 2 Ca+2, Mg+2, Al+3: KCl 1 mol L-1; 3 C org. Walkley Black. 1,41 54,00 7,00 39,00. 2.2. Procedimento experimental e tratamentos O experimento consta de quatro sistemas de preparo, dispostos em delineamento de blocos casualizados, com quatro repetições. As unidades experimentais apresentam dimensões de 14 m de comprimento e 8 m de largura separadas entre si por uma rua de 5 m. Os tratamentos estudados foram os seguintes sistemas de manejo: 1. Plantio direto (PD) – solo revolvido apenas ao longo das linhas de plantio, sendo, por ocasião da semeadura, sulcado com plantadora-adubadora de tração motorizada. 2. Arado de disco (AD) – utilizou-se arado de discos fixo, com três discos, de tração motorizada, em uma única aração, com profundidade de 20-25 cm. 3. Grade pesada + Arado de disco (GPAD) – única gradagem, com grade pesada, de 20 discos, sendo 10 rugosos e 10 lisos, para trituração dos restos vegetais e posteriormente uma única aração com arado de discos fixo, com três discos, de tração motorizada, com profundidade de 20-25 cm, para incorporação dos resíduos vegetais. 4. Grade Pesada (GP) – uma gradagem, com grade pesada de 20 discos, sendo 10 rugosos e 10 lisos, de tração motorizada, com profundidade de 10-15 cm. À exceção do tratamento plantio direto, todos os demais receberam uma gradagem leve, com grade de 28 discos, para destorroamento e nivelamento do terreno. Uma área sob Floresta Atlântica (FA), adjacente ao experimento (distante aproximadamente 100 metros), com mesmo tipo de solo, também foi estudada, sendo utilizada como referência. Nesta área foi definido, no terço médio, um transecto de 9.

(22) aproximadamente 100 metros, no qual delimitaram-se 4 pequenas áreas, para obtenção das amostras. 2.3. Análises químicas e físicas do solo A amostragem do solo foi feita em abril de 2000. Nesta época, a colheita de grãos tinha sido recentemente realizada e os restos culturais estavam mantidos sobre o solo. Em cada unidade experimental coletaram-se 8 amostras de solo simples com um trado manual, para formar uma amostra composta por repetição, das camadas 0-10 e 1020 cm. Para a área de Floresta Atlântica foram coletadas 15 amostras simples por área delimitada. As amostras foram destorroadas e passadas em peneira de malha de 2 mm. Uma sub-amostra de 100 g foi separada e acondicionada sob sistema de refrigeração, com temperatura situada entre 4 e 8 oC, visando à determinação da biomassa microbiana. Para as demais análises, as amostras de solo foram secas ao ar (TFSA). 2.3.1. Análises químicas Foram determinados pH em água (1:2,5) por potenciometria, e acidez trocável (Al+3) extraída com KCl 1 mol L-1 e quantificada por titulometria com hidróxido de sódio 0,025 mol L-1, padronizado com biftalato de potássio (Embrapa, 1997). O fósforo e o potássio foram extraídos com Mehlich 1 (Embrapa, 1997) e determinados por colorimetria (Braga & Defelipo, 1974) e fotometria de chama, respectivamente. Cálcio e magnésio foram extraídos com KCl 1 mol L-1 e determinados por espectrofotometria de absorção atômica (Embrapa, 1997). Para determinação dos teores de carbono orgânico total (COT), as amostras de solo foram trituradas em almofariz e passadas em peneira de malha 0,21 mm, quantificada por oxidação da matéria orgânica via úmida, empregando solução de dicromato de potássio em meio ácido, com fonte externa de calor (Yeomans & Bremner, 1988). O fracionamento químico das substâncias húmicas foi realizado segundo a técnica da solubilidade diferencial, separando-se os ácidos fúlvicos (FAF), os ácidos húmicos (FAH) e as huminas (HUM), de acordo com os conceitos de frações húmicas estabelecidos pela Sociedade Internacional de Substâncias Húmicas (Swift, 1996). O extrator utilizado foi NaOH 0,1 mol L-1. A determinação do carbono dessas frações foi feita mediante oxidação por dicromato de potássio com aquecimento externo (Yeomans & Bremner, 1988). 10.

(23) O carbono orgânico lábil (CL) foi quantificado por meio de oxidação com KMnO4 (33 mmol L-1), como proposto por Blair et al. (1995) e modificado por Shang & Tiessen (1997), enquanto que, o carbono não lábil (CNL), equivalente ao C não oxidado por KMnO4 (33 mmol L-1), foi determinado por diferença (CNL=COT – CL). Com base nas mudanças no COT, entre um sistema referência e um sistema cultivado foi criado um Índice de Compartimento de Carbono (ICC), calculado como: ICC= COTcultivado/COTreferência. Fundamentando-se nas mudanças na proporção de CL (i.e. L= CL/ CNL) no solo, um Índice de Labilidade (IL) foi determinado como : IL=Lcultivado/Lreferência. Estes dois índices foram usados para calcular o Índice de Manejo de Carbono (IMC) obtido pela seguinte expressão: IMC=ICC x IL x 100 (Blair et al., 1995). O nitrogênio total (NT) foi quantificado nas amostras de solo submetido à digestão sulfúrica e dosado por destilação Kjedahl (Bremner & Mulvaney, 1982). A biomassa microbiana (CMIC) foi determinada pelo método da irradiação-extração, utilizando forno de microondas (Cônsul, freqüência de 2450 MHz, energia a 900W por 180 segundos). Neste método, a eliminação dos microrganismos é resultado da quantidade de irradiação eletromagnética aplicada, pois os níveis de irradiação têm efeito na transferência de energia e na temperatura, rompendo a parede celular e, consequentemente liberando o material citoplasmático para a solução do solo (Islam & Weil, 1998; Ferreira et al., 1999). O extrator utilizado foi K2SO4 0,5 mol L-1 e o carbono contido nos extratos foi quantificado por meio de procedimento por oxidação úmida (Yeomans & Bremner, 1988). O fator de conversão (KC) usado para converter o fluxo de C para C da biomassa microbiana (CMIC) foi 0,33 (Sparling & West, 1988). A proporção CMIC/COT ou quociente microbiano, foi calculado para refletir os aportes de C e a conversão de substratos orgânicos para o C da biomassa microbiana (Sparling, 1992). A fração leve foi determinada pelo procedimento de obtenção da fração levelivre de Sohi et al. (2001). Em frascos de centrífuga de 50 mL, foram adicionados 5 g de TFSA e 35 mL de Iodeto de Sódio (NaI, densidade igual a 1,8 g cm-3). O frasco contendo a mistura foi agitado manualmente por 30 segundos, para permitir que as frações orgânicas não associadas aos componentes minerais atingissem a superfície da suspensão. Em seguida, solo mais a solução de NaI foram centrifugados a 3200 rpm por 15 minutos, a fim de sedimentar as partículas minerais do solo no fundo do frasco, sendo posteriormente feita a aspiração da fração leve presente na superfície da solução. 11.

(24) de NaI. A fração leve aspirada juntamente com solução de NaI foi imediatamente separada por filtração a vácuo com filtros de fibra de vidro (47 mm de diâmetro; 2 microns-Whatman tipo GF/A), onde a solução de NaI coletada na filtragem foi retornada para o frasco de centrífuga contendo a amostra de solo remanescente. As amostras de fração leve retidas nos filtros foram cuidadosamente lavadas com água destilada visando eliminar o excesso de NaI. A fração leve juntamente com os filtros, foi seca a 105oC, pesada e moída. O carbono da fração leve (CFL), foi determinado por combustão via seca em analisador Perkin Elmer CHNS/O 2400. Os estoques totais de C e N e dos compartimentos de C (em Mg ha-1) para cada profundidade, foram determinados pela expressão: teor de C ou N (dag kg-1) x ds x e, onde, ds = densidade do solo (Mg m-3) e; e = espessura da camada de solo (m). 2.3.2. Análises físicas A densidade do solo para cada profundidade amostrada foi obtida por meio do método do anel volumétrico, e a análise granulométrica foi executada segundo o método da pipeta (Embrapa, 1997). 2.4. Estimativa de emissão ou seqüestro de C-CO2 Os estoques do COT no início do experimento e no ano 2000 foram usados para calcular a contribuição dos sistemas de manejo na emissão ou seqüestro de C-CO2 pelo solo, nas camadas, 0-10, 10-20 e 0-20 cm. O aporte médio de C por meio dos resíduos vegetais foi somado ao estoque inicial. No entanto, apenas 30 % deste aporte foram considerados, pois, 70 % do material orgânico adicionado ao solo são perdidos na forma de CO2 (Kiehl, 1985). Além disto, foi considerado o fator de conversão de C para CO2 de 3,67 (massa molar do CO2/massa molar do C) (Amado et al., 2001). O tempo de residência médio (TRM) foi calculado como o inverso da constante de decomposição (1/k), assumindo que o C declina a partir do C da Floresta Atlântica (CFA) seguindo a equação C = CFA e-kt, em que t é o tempo em anos.. 12.

(25) 2.5. Análise Fitotécnica A estimativa dos aportes médios anuais de C e N pelas culturas foi realizada com base nos resultados de produtividade apresentados por Sampaio (1987), Siqueira (1989), Siqueira (1995) e Mernes (1998). Esta estimativa considerou a contribuição apenas da parte aérea e foi calculada por meio da equação: Aporte de C (N) = P(100-U) x C (N) IC 100 Em que: P = Produtividade da cultura (Mg ha-1) U = Umidade no grão (%) IC = Índice de colheita (%) C (N) = Percentual de carbono (50 %) ou nitrogênio (2 %) no material vegetal. 2.6. Análises Estatísticas O efeito dos sistemas de manejo, sobre as características químicas e físicas do solo, por profundidade, foi avaliado pela análise de variância, sendo as médias comparadas pelo teste de Tukey ao nível de 5 % de probabilidade, com auxílio do sistema computacional SAEG (FUNARBE, 1993).. 13.

(26) 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO. 3.1. Caracterização química e física do solo sob diferentes sistemas de manejo.. Os efeitos dos sistemas de preparo sobre as características químicas foram variáveis, não se observando diferenças significativas para pH, alumínio trocável, e potássio (Quadro 2). Em relação ao pH, os solos sob sistemas de preparo apresentaram valores similares tanto para camada de 0-10 cm, quanto para camada de 10-20 cm. Parte da explicação provavelmente está relacionada à aplicação anual, por mais de dez anos, de fertilizantes nitrogenados amoniacais que não somente contribuiu para a manutenção da acidez na classe elevada (Alvarez V. et al., 1999), como também propiciou a proximidade dos valores do solo sob PD com os dos demais sistemas. Além disso, a liberação de grupos carboxílicos e fenólicos derivados da mineralização dos resíduos orgânicos depositados na superfície e a exsudação de ácidos orgânicos pelas raízes das culturas, podem também ter contribuído para aumento da acidez no solo sob sistema PD, como observado em Klepker & Anghinoni (1995), Paiva et al. (1996) e De Maria et al. (1999). Os teores de alumínio trocável seguiram a mesma tendência do pH, embora os solos sob PD e GP, tenham apresentado os menores valores para camada de 0-10 cm (0,56 e 0,49 cmolc dm-3, respectivamente). As maiores quantidades de matéria orgânica existente na superfície destes dois sistemas podem ter mantido o Al complexado, diminuindo sua atividade. Associado à redução do pH, o aumento nos teores de Al na camada de 10-20 cm ocorreu em todos os sistemas, de forma similar ao verificado em Sampaio (1987), Siqueira (1989), Siqueira (1995) e Mernes (1998). O teor de cálcio trocável foi significativamente maior (P < 0,05) no solo sob PD (0,54 cmolc dm-3) em relação ao AD (0,39 cmolc dm-3) e GPAD (0,30 cmolc dm-3), apenas na camada de 0-10 cm (Quadro 2). Esta tendência também foi observada para o magnésio trocável. Teores superiores destes cátions na camada superficial sem revolvimento, podem ser atribuídos à adição de calcário na superfície, e também à ciclagem de nutrientes, com a decomposição de resíduos aumentando a CTC da camada mais superficial do solo (Eltz et al., 1989; Bayer & Mielniczuk, 1997; Hussain et al., 1999). Estes resultados contrariam a argumentação de que a não incorporação do corretivo ao solo diminui sua superfície de contato com os colóides reduzindo a eficiência de aplicação e como resultado, a disponibilidade de Ca e Mg (Sá, 1999).. 14.

(27) Quanto ao solo sob FA, os teores apresentados na camada de 0-10 cm foram cerca de 2 a 3 vezes maiores do que os apresentados pelos solos cultivados, enquanto que para a camada de 10-20 cm esta diferença foi de magnitude menor (1,3 a 1,7 vezes). No entanto, os teores de Ca+2 e Mg+2 tanto sob solos cultivados como sob floresta refletiram a baixa fertilidade destes solos.. Quadro 2. Características químicas de um Argissolo Vermelho-Amarelo, nas camadas 0-10 e 10-20 cm, sob diferentes sistemas de manejo Característica química Ca+2 Mg+2 K P -3 -3 cmolcdm mg dm 0-10 cm PD 5,10a 0,56a 0,54a 0,087a 98,0a 49,3a AD 5,15a 0,59a 0,39b 0,055b 73,3a 21,4b GPAD 5,07a 0,71a 0,30b 0,044b 75,0a 21,4b GP 5,18a 0,49a 0,41ab 0,062b 88,0a 23,2b FA 5,64 0,14 0,97 0,360 134,0 3,85 10-20 cm PD 4,85a 0,79a 0,33a 0,034b 62,0a 26,2a AD 4,94a 0,65a 0,39a 0,047a 83,7a 18,1ab GPAD 5,02a 0,67a 0,31a 0,040ab 74,3a 18,9ab GP 4,83a 0,66a 0,37a 0,029b 46,3a 9,4b FA 5,33 0,35 0,53 0,29 81,5 2,5 Médias seguidas de letras iguais na coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5 %. PD: plantio direto, AD: arado de disco, GPAD: grade pesada + arado de disco, GP: grade pesada, FA: Floresta Atlântica. Sistema. pH em água (1:2,5). Al+3. Os teores de K+ foram maiores no solo sob PD (98 mg dm-3) do que nos sistemas convencionais na camada de 0-10 cm, enquanto que o solo sob sistema AD apresentou teores mais elevados (84 mg dm-3) na camada de 10-20 cm, embora estas diferenças não tenham sido significativas (Quadro 2). Teores maiores de K+ foram observados na camada superficial comparativamente a camada mais profunda nos sistemas PD e GP, enquanto que nos sistemas AD e GPAD, os valores foram similares nas duas camadas. Alguns estudos têm demonstrado que o maior acúmulo de K+ na superfície está relacionado aos sistemas de preparo reduzido (Sá, 1999), dependendo do tipo de solo (textura, mineralogia da argila), do regime de umidade e da quantidade adicionada na adubação (Centurion et al., 1985; De Maria & Castro, 1993; Klepker & Anghinoni, 1995). O P extraível na camada de 0-10 cm, foi maior no PD (P < 0,05) comparado aos demais sistemas (Quadro 2). Na camada de 10-20 cm, em que as concentrações foram menores do que na camada superficial, a tendência foi similar, embora tenha havido diferenças significativas apenas em relação ao solo sob GP. Maiores concentrações de P. 15.

(28) na camada de 0-10 cm foram observadas em diversos estudos (Centurion et al., 1985; De Maria & Castro, 1993, Siqueira, 1995) e podem ser atribuídas aos teores mais elevados de carbono orgânico do solo no PD em relação a AD, GPAD e GP, capazes de complexar Al e Fe no solo, e à ausência da incorporação do fertilizante fosfatado, reduzindo a fixação do P (Schomberg et al., 1994; Hussain et al., 1999). Além disso, a provável diminuição na perda de solo por erosão e o aumento no P orgânico, devido à presença dos resíduos na superfície do solo podem também ter contribuído para maiores quantidades deste elemento na camada superficial. Estes resultados evidenciam a possibilidade de em médio e longo prazo se reduzir os gastos com fertilizantes fosfatados, uma vez que, superado o nível crítico de P no solo, este poderá ser mantido com menores quantidades de fertilizante aplicado, em relação ao plantio convencional. Os teores de P no solo sob FA foram classificados como muito baixo (Alvarez V. et al., 1999) e menores do que no solo sob sistemas de preparo, tanto na camada de 0-10 cm (3,9 mg dm-3) quanto na camada de 10-20 cm (2,5 mg dm-3). Os conteúdos de areia, silte e argila não foram influenciados pelos sistemas de preparo, nas camadas de 0-10 cm e 10-20 cm (Quadro 3), o que contraria os resultados de alguns estudos em Argissolo Vermelho-Amarelo (Hussain et al., 1999) que observaram maiores conteúdos de argila em sistemas convencionais, devido à transferência do material do subsolo proveniente do horizonte Bt, pelos equipamentos de preparo, para o horizonte A. Por outro lado, deve-se considerar que a influência dos sistemas de preparo sobre as características físicas é detectada após períodos variáveis (Sidiras et al., 1984; Klepker & Anghinoni, 1995; Guimarães, 1999), sendo a magnitude desta influência determinada principalmente pelo manejo do solo, com ênfase nas condições de umidade em que as operações de preparo são efetuadas. A densidade do solo foi maior (P < 0,05) para o solo sob sistema PD comparado aos sistemas convencionais, principalmente na camada de 0-10 cm (1,31 Mg m-3), o que está relacionado à ausência de revolvimento do solo, ocasionando maior compactação (Quadro 3). Entretanto, a densidade do solo de forma isolada, não é indicador adequado de um melhor estado físico, e o sistema PD com maior densidade do solo tem mostrado maior conexão entre os macroporos, comparativamente aos sistemas convencionais com intenso cultivo (Schaefer et al., 2001).. 16.

(29) Quadro 3. Características físicas de um Argissolo Vermelho-Amarelo, nas camadas 0-10 e 10-20 cm, sob diferentes sistemas de manejo Sistema. Areia grossa. Areia fina dag kg-1. Silte. Argila. Densidade do solo Mg m-3. 0-10 cm 10,5 40,5 1,31a 13,0 38,0 1,21b 12,0 39,0 1,20b 11,0 34,5 1,20b 15,0 45,0 1,00 10- 20 cm PD 36,5 11,0 11,0 41,5 1,34a AD 37,5 12,5 13,0 37,0 1,24ab GPAD 38,0 11,0 11,5 39,5 1,23b GP 39,0 10,5 11,5 39,0 1,28ab FA 24,7 11,2 16,7 47,2 1,26 Médias seguidas de letras iguais na coluna, não diferem entre si pelo teste de Tukey a 5 %. PD: plantio direto, AD: arado de disco, GPAD: grade pesada + arado de disco, GP: grade pesada, FA: Floresta Atlântica. PD AD GPAD GP FA. 37,0 38,5 38,5 44,0 29,0. 12,0 10,5 10,5 10,5 11,0. 3.2. Aporte de carbono e nitrogênio ao solo pelas culturas. As diferenças observadas em algumas características químicas e físicas do solo entre os sistemas de manejo, não resultaram em diferenças expressivas na produtividade média de grãos (dados não mostrados) e nas adições anuais de C e N por meio da parte aérea das culturas. Os aportes de C variaram de acordo com a cultura e foram maiores no sistema GPAD (5,90, 0,56 e 5,30 Mg ha-1ano-1) e menores no sistema GP (4,87, 0,31 e 5,0 Mg ha-1ano-1) para as culturas do milho, feijão e trigo, respectivamente (Quadro 4). Os aportes de N apresentaram tendência similar ao C. Uma possível explicação para a similaridade na produtividade de grãos e nos aportes de C e N entre os sistemas, pode ser o uso da irrigação. As diferenças nestas características entre os sistemas de preparo são mais evidentes em períodos de veranicos, o que favorece os sistemas que permitam maior armazenamento e disponibilidade de água para as plantas. Como a água não foi fator limitante, as culturas puderam expressar grande parte do potencial produtivo, independente do sistema de preparo. Aportes de C e N equivalentes em sistemas de PD e convencionais foram também observados em outros estudos (Siqueira, 1995; Angers et al., 1997; Mernes, 1998; Needelman et al., 1999). As mudanças nos sistemas de manejo afetam os teores de COT do solo pela alteração do aporte anual de resíduos vegetais e animais e pela modificação na taxa na qual a matéria orgânica se decompõe. Por isso, se a produtividade das culturas e o aporte de C e N não diferiram entre os sistemas de preparo, o menor acúmulo de C e N 17.

(30) totais do solo sob os sistemas convencionais (AD, GPAD e GP) (Quadro 5) deverá ser atribuído à maior taxa de decomposição ocorrida nestes sistemas de preparo, em comparação com o solo sob PD.. Quadro 4. Aporte médio anual de carbono (C) e nitrogênio (N) pela parte aérea das culturas utilizadas nos diferentes sistemas de manejo (Média de 15 anos) Cultura. PD C. AD N. GPAD. C. GP. N C N C Mg ha-1ano-1 Milho 5,30 0,21 5,6 0,22 5,90 0,24 4,87 Feijão 0,50 0,02 0,51 0,02 0,56 0,02 0,31 Trigo 5,20 0,21 5,17 0,21 5,30 0,21 5,00 Média 3,67 0,15 3,76 0,15 3,92 0,16 3,40 PD: plantio direto, AD: arado de disco, GPAD: grade pesada + arado de disco, GP: grade pesada. N 0,19 0,01 0,20 0,13. 3.3. Análise temporal dos estoques de carbono orgânico total do solo. Os estoques de COT na Floresta Atlântica foram considerados em estado de equilíbrio ao longo do tempo e determinados pelos fatores de formação do solo, como clima, vegetação, relevo e material de origem, além da textura do solo, devido à influência destes sobre as taxas de adição e de perda de material orgânico do solo. Com os cultivos que antecederam a implantação do experimento (1930 a 1984) os estoques de COT foram reduzidos para cerca de 25, 20 e 45 Mg ha-1 para as camadas 0-10, 10-20 e 0-20 cm respectivamente, o que significou diminuição de aproximadamente 30 %. Este decréscimo se deveu possivelmente à diminuição das adições de material orgânico ao solo pelas culturas no decorrer dos anos e pelo incremento nas taxas de perda de COT, devido aos processos de oxidação e erosão (em menor escala) da matéria orgânica. Em solos tropicais, as perdas de COT observadas após a retirada da vegetação natural são maiores do que em solos temperados, havendo situações em que os estoques de COT são reduzidos em mais de 50 % em menos de 10 anos de cultivo (Shang & Tiessen, 1997). No início do experimento, o sistema PD apresentou os maiores estoques de COT na camada de 0-10 cm, embora a diferença em relação aos demais sistemas tenha sido de pequena magnitude (Figura 1). Concomitantemente, a perturbação do solo causada pelos sistemas convencionais mais intensos (AD e GPAD), resultou na diminuição dos estoques de COT. Este declínio até três anos após o preparo foi provavelmente decorrente da diminuição ou eliminação de fatores que determinaram a estabilidade. 18.

(31) física da matéria orgânica, principalmente ruptura de agregados e incremento da oxigenação do solo (Reicosky & Lindstrom, 1993). No quinto ano, ocorreu recuperação dos estoques de COT nos sistemas que promovem maior distúrbio ao solo (AD e GPAD) e declínio naqueles com pouco (GP) ou nenhum revolvimento (PD), embora todos os sistemas tenham apresentado estoques de COT em torno de 22 Mg ha-1. Estoques similares apresentados pelos sistemas PD e convencionais na primeira década do experimento podem estar relacionados, pelo menos em parte, ao fato da erosão não ter sido significativa na área experimental (Mernes, 1998). Do décimo ao décimo quinto ano, os estoques de COT foram reduzidos em todos os sistemas convencionais, enquanto que o PD apresentou tendência de recuperação, o que pode significar em longo prazo a obtenção do estado de equilíbrio por parte deste sistema, similarmente ao observado nos estudos de Lyon et al., (1996). Para a camada de 10-20 cm, o sistema GPAD apresentou no início do experimento o maior estoque de COT (22 Mg ha-1), seguido pelos sistemas PD, GP e AD. No quinto ano, os estoques dos sistemas com menor revolvimento (GP) e sem revolvimento (PD) foram superiores aos demais. Do quinto ao décimo ano, os estoques de COT foram reduzidos em 5,0, 5,1, 3,9 e 8,7 Mg ha-1 para PD, AD, GPAD e GP, respectivamente, tendência que permaneceu até o décimo quinto ano. Embora o solo sob PD tenha mostrado resiliência relativamente maior, todos os sistemas acarretaram perdas de COT com o tempo.. 19.

(32) A 70 60 50 40 30 20 10 0. 1. 3. 5. 10. 15. 20. B. COT (Mg ha-1). 70. PD. 60. AD. 50. GPAD. 40. GP. 30. FA. 20 10 0. 1. 3. 5. 10. 3. 5. 10. 15. 20. C 70 60 50 40 30 20 10 0. 1. 15. 20. Anos. Figura 1. Análise temporal dos estoques de carbono orgânico total (COT) nas camadas 0-10 cm (A), 10-20 cm (B) e 0-20 cm (C) de um Argissolo VermelhoAmarelo sob diferentes sistemas de manejo. PD:plantio direto, AD: arado de disco, GPAD: grade pesada + arado de disco, GP: grade pesada e FA: Floresta Atlântica. Fonte: Os teores de COT antes da instalação do experimento e no primeiro ano foram obtidos em Sampaio (1987) enquanto que no terceiro, quinto e décimo anos em Siqueira (1989), Siqueira (1995) e Mernes (1998), respectivamente.. 20.

(33) 3.4. Teores e estoques totais de carbono e nitrogênio após 15 anos.. Após 15 anos de cultivo, os teores de COT foram maiores (P < 0,05) no solo sob PD do que nos solos sob sistemas AD, GPAD e GP nas camadas de 0-10 cm (1,67 dag kg-1) e de 0-20 cm (1,46 dag kg-1). Na camada de 10-20 cm não foram observadas diferenças entre os sistemas de manejo (Quadro 5). Os teores de nitrogênio total (NT) nas camadas de 0-10 e 0-20 cm, também foram maiores (P < 0,05) no solo sob PD (0,134 e 0,118 dag kg-1, respectivamente). As diferenças observadas nos teores de COT e NT nos sistemas de preparo estão de acordo com a maioria dos estudos que preconizam a existência de maiores concentrações desses elementos sob PD do que em sistemas convencionais e que este acúmulo é restrito às camadas superficiais (Bayer & Mielniczuck, 1997; Alvarez et al., 1998; Yang & Wander, 1999; Yang & Kay, 2001). Nos sistemas não perturbados pelo preparo do solo, como o PD, os resíduos culturais são depositados na superfície do solo e, após a decomposição, promovem o aumento do teor de COT na camada superficial, o que pode ser complementado pela decomposição das raízes, mais abundantes na superfície. Por outro lado, nos sistemas AD, GPAD e GP, os resíduos são incorporados ao solo, distribuindo-se até a profundidade de atuação do implemento (10 a 25 cm), podendo também ocorrer processo de diluição. Concomitantemente, a aeração e temperatura maiores nestes sistemas convencionais, e a destruição de agregados pela ação do implemento, expondo a matéria orgânica protegida fisicamente ao ataque microbiano, promovem a perda de COT e diminuem a capacidade do solo em reservar carbono (Cambardella & Elliot, 1993; Alvarez et al., 1998). Por isso, nos sistemas conservacionistas, há maior diferencial no teor de C em profundidade, principalmente nas camadas mais superficiais, enquanto que em sistemas convencionais os teores de C são mais uniformes até a profundidade de atuação do implemento. A exposição do solo pode afetar as perdas por erosão. O efeito desta exposição se agrava quando é associada a relevos declivosos e a intensas precipitações pluviométricas, característica de clima tropical e subtropical. Entretanto, considera-se que neste experimento os menores teores de COT nas camadas superficiais dos preparos convencionais foram devido às maiores taxas de oxidação da matéria orgânica, pois o processo de erosão ocorreu em intensidade baixa no solo da área experimental durante os 15 anos, devido à baixa declividade (5 %). Além disto, todas as operações de preparo. 21.